Nahed YOUSFI soutiendra sa thèse le mercredi 10 décembre à 08h30 – salle A046 coque A, Département des sciences pharmaceutiques, UFR santé, UNIVERSITE DE TOULOUSE, 35 chemin des Maraîchers 31062 Toulouse., sur le sujet : « Effet du traitement plasma sur la fermentation Kombucha ».
Thèse dirigée par M. Nofel MERBAHI, co-dirigée par M. Mohamed DEBOUBA et co-encadrée par M. Jalloul BOUAJILA et Mme. Patricia TAILLADIER
Composition du jury :
- Mme Laetitia MOULS, Rapporteure, Université Montpellier
- M. Kamel MSAADA, Rapporteur, Centre de biotechnologie de Borj Cédria
- M. Olivier EICHWALD, Examinateur, Université de Toulouse
- M. Abdelilah CHAOUI, Examinateur, Université de Carthage, Tunisie
- M. Nofel MERBAHI, Directeur de thèse, Université de Toulouse
- M. Mohamed DEBOUBA, Co-directeur de thèse, Université de Gabès
- M. Jalloul BOUAJILA, Co-encadrant, Université de Toulouse
- Mme Patricia TAILLANDIER, Co-encadrante, Institut National Polytechnique de Toulouse (INP)
Résumé :
Le kombucha est une boisson fermentée symbiotique. Il s’agit d’un thé sucré traditionnellement fermenté par une culture microbienne composée de différentes bactéries et levures (SCOBY). Cette fermentation conduit à la production de métabolites d’intérêt. Au fil des ans, des études sont menées pour optimiser des méthodes de traitement afin d’augmenter l’efficacité de la fermentation. Dans ce contexte, nous avons étudié l’effet du traitement par plasma froid à la pression atmosphérique (CAP) sur la fermentation kombucha pour optimiser la production de métabolites d’intérêt tout en préservant la vitalité et l’activité fonctionnelle du consortium microbien.
Dans un premier volet, des traitements CAP ont été appliqués au thé aussi bien fermenté que non fermenté en utilisant la décharge corona (DC) et la décharge à barrières diélectriques (DBD). Les paramètres physico-chimiques ont été suivis, les principales espèces réactives générées ont été quantifiées et l’évolution des populations microbiennes a été observée tout au long du processus de fermentation. Au début du traitement, CAP a réduit la viabilité des levures et des bactéries acétiques. En particulier, le traitement par DBD a entraîné une diminution de 20 % de la viabilité des levures (46,3 % contre 73,6 % dans le groupe témoin), bien que ce même traitement ait amélioré la survie cellulaire des levures avec un taux de 78,3 % à la fin de la fermentation. La DC a amélioré davantage la reprise de la croissance, en conservant un nombre de levures similaire au contrôle. La cinétique de consommation et de production des principaux métabolites a également été évaluée. Après extraction liquide-liquide du milieu, les extraits ont été caractérisés par chromatographie liquide haute performance couplée à un détecteur à barrette de diodes (HPLC-DAD) et la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). Deux phénomènes notables ont été induits par le traitement CAP au niveau de la teneur totale en polyphénols : (i) une augmentation d’environ 62 % dans l’extrait d’acétate d’éthyle (EtOAc) du thé non fermenté traité avec DC et de 24 % dans le cas d’un traitement avec DBD ; (ii) la consommation des polyphénols en présence de levures et de bactéries, quel que soit le solvant utilisé, indiquant une biodégradabilité pendant la fermentation. Les résultats obtenus pour le thé fermenté sont étroitement liés à l’activité antioxydante (augmentation de l’IC50 : 7,6 µg/mL, contrôle à 11,6 µg/mL DBD et à 16,3 µg/mL DC). Ces analyses ont été complétées par l’évaluation in vitro des activités biologiques, notamment l’activité anti-inflammatoire et antiproliférative sur les cellules cancéreuses. Ces résultats suggèrent que l’utilisation du CAP pour la fermentation crée un nouveau procédé de production de composés bioactifs qui préserve leurs propriétés fonctionnelles.
Dans un deuxième volet, le traitement des feuilles de thé par post-décharge micro-ondes en flux à basse pression utilisant deux mélanges de gaz (Ar/N2 et Ar/O2) a été étudié. Les extraits de thé non fermenté préparés à partir des feuilles de thé traitées pendant 5 min avec le mélange Ar/N2 et pendant 30 min avec le mélange Ar/O2 ont montré les teneurs en polyphénols et le pourcentage d’inhibition du DPPH les plus élevés.
Nos résultats montrent l’efficacité potentielle du CAP comme une approche innovante pour améliorer la fermentation du kombucha. Cependant, une optimisation supplémentaire est nécessaire pour conserver les propriétés bioactives et antioxydantes du produit final et une meilleure compréhension des voies biochimiques influencées par le CAP sera essentielle pour une mise en œuvre réussie dans les processus de l’industrie alimentaire. Le phénomène de biodégradabilité observé dans cette étude représente une piste potentielle pour réduire le coût énergétique de l’oxydation des polluants à l’aide du procédé CAP, en transformant certaines molécules non biodégradables en molécules biodégradables.
Mots-clés : Fermentation kombucha, plasma froid à pression atmosphérique, décharge corona, décharge à barrières diélectriques, polyphénols totaux, activité antioxydante post-décharge micro-ondes en flux basse pression, mélanges Ar/N2 et Ar/O2.
Résumé de la thèse en anglais :
Kombucha is a fermented symbiotic beverage. Traditionally, it is made from sweet tea, which is fermented by a microbial culture consisting of various bacteria and yeasts (SCOBY). This fermentation process produces a high-value metabolic product. Over the years, studies have been conducted to optimize the fermentation methods and increase efficiency. In this context, we have investigated the effects of cold atmospheric plasma (CAP) treatment on kombucha fermentation, in order to promote metabolite production while maintaining the vitality and functional activity of the microbial consortium.
In the first part of the present study, both fermented and unfermented tea were subjected to CAP treatment using corona discharge (CD) and dielectric barrier discharge (DBD). We have monitored physicochemical parameters, quantified the main reactive species, and assessed the development of microbial populations during the fermentation process. Initially, CAP reduced the viability and acetic acid bacteria. The DBD treatment led to a 20 % decrease in yeast viability (46.3 % versus 73.6 % for the control group), but the same treatment improved yeast cell survival, which was 78.3 % at the end of fermentation. The CD further improved growth recovery by maintaining a similar number of yeasts as in the control group. The kinetics of sugar consumption and the production of key metabolites were also evaluated. After liquid-liquid extraction from the medium, the extracts were characterized using high-performance liquid chromatography coupled with a diode array detector (HPLC-DAD) and gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS). Two notable phenomena were induced by the CAP treatment in terms of total polyphenol content: (i) an increase of about 62 % in the ethyl acetate extract of unfermented DC treated tea, compared to an increase of 24 % in the case of the DBD treatment, and (ii) an acceleration of polyphenol consumption in the presence of yeasts and bacteria, regardless of the used solvent, indicating biodegradability during fermentation. The obtained results for the fermented tea are closely related to antioxidant activity, displaying an increase in IC50 from 7.6 µg/mL in the control group to 11.6 µg/mL in the DBD group and 16.3 µg/mL in the DC group. These analyses were complemented by an in vitro assessment of the biological activities, including the anti-inflammatory and anti-proliferative activities against cancer cells. These results indicated that the application of CAP on fermentation represents a new process for the bioactive compounds while preserving their functional properties.
In the second part, the treatment of tea leaves by low-pressure microwave post-discharge with two gas mixtures (Ar/N2 and Ar/2) was investigated. Unfermented tea extracts prepared from tea leaves treated with the Ar/N2 mixture for 5 min and with the Ar/O2 mixture for 30 min showed the highest polyphenol content and the best DPPH inhibition percentage.
Our results demonstrated the potential effectiveness of CAP as an innovative approach to improve kombucha fermentation. However, further optimization is required to maintain the bioactive and antioxidant properties of the final product, and a better understanding of the biochemical pathways affected by the CAP is essential for successful implementation in food industry processes. The biodegradability phenomenon observed in this study has the potential to reduce the energy cost of contaminant oxidation in the CAP process by converting certain non-biodegradable molecules into biodegradable ones.
Keywords: kombucha fermentation, cold atmospheric plasma, corona discharge, dielectric barrier discharge, total polyphenol content; antioxidant activity, low-pressure microwave post-discharge, gas mixtures (Ar/N2 and Ar/O2).
